具有集成流量计的连续可变喷嘴系统技术方案

一种连续可变喷嘴系统，包括喷嘴本体(5)，该喷嘴本体(5)有进口和出口。管路通过部件的串联连接而限定在进口和出口之间，其包括流量计(10)。流量计(10)有腔室(83)，该腔室(83)有内部螺旋花键(82)，该内部螺旋花键(82)设置成与通过腔室(83)的喷雾液体相互作用，并产生旋风状效果。球体(52)位于腔室(83)内部，用于沿圆形通路(106)自由运动。传感器位于腔室(83)外部，并用于检测球体(52)的运动以及响应所检测的运动而产生输出(9)信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成流量计的连续可变喷嘴系统
本专利技术总体涉及一种连续可变喷嘴系统(CVNS)，特别是涉及一种用于在自动或自主农业喷雾器中交互地控制操作变量的系统。
技术介绍
液体施加系统已经利用了各种各样的喷嘴构造和喷雾操作控制器，它们通常基于喷射的液体、环境因素和其它操作考虑。非限制地，本专利技术的实例应用是在移动式农业喷雾系统中，其将液体施加给田地作物。该液体可以包括除草剂、农药、液体肥料、营养物和其它物质。作物田地喷雾操作通常有优化作物产量、使喷雾操作效率最大化(例如材料用量)和使意外喷雾操作结果最小化(例如喷雾飘移至相邻田地上)的目的。喷雾系统的操作条件变量通常包括液体粘度、泵压力、排出喷嘴结构和流体流速。可以对喷雾系统的这些和其它方面进行控制，以便将更多或更少的液体传送给目标表面。不过，改变喷雾系统中的操作压力和流速会对其它操作变量(例如液滴尺寸和喷雾扇形角度)产生不利影响。例如，当液滴太小时，即使在相对微风的条件下喷雾也会更容易漂移。通常不希望有农药意外地飘移至相邻田地、水源、未耕作地、牲畜和个人上。例如，希望用于目标作物的喷雾操作可能对位于相邻田地中的其它作物有害。意外地施加有害农药会给施加者造成经济负担。喷雾操作的另一潜在问题与覆盖间隙相关。例如，降低压力会缩小喷雾图形的覆盖范围，从而导致意外的覆盖间隙并损害喷雾操作的有效性。环境条件也会影响农业喷雾系统的性能。例如，温度和湿度会影响喷雾材料的液滴和改变植物的吸收程度。有效的喷雾系统(特别是用于农业应用的喷雾系统)优选地提供喷嘴的选择和/或单独控制。这样的控制功能可以使得交叠的喷雾图形最小化。可以通过独立控制单个喷嘴或者具有多个喷嘴的设备部分而实现设备的分区控制。因此可以实现相对准确的喷雾图形和材料施加速率。例如，可以在不同位置施加不同的化学药品量，例如基于设备传感器读数和预定现场条件的标准。由于位于喷雾器喷射带外侧边缘上面的喷嘴的地面速度高于位于设备弯道内侧边缘上面的喷嘴，因此还可以适应设备转弯引起的不同喷嘴地面速度。还有，具有不同喷嘴控制能力的设备可以自动补偿流量减少的情况(例如由喷嘴磨损和故障引起)。使用合适的引导和导航系统可以有效地喷射农田、牧场和其它田地。当前技术的农用车辆通常使用全球导航卫星系统(GNSS)，例如基于美国的全球定位系统(GPS)，用于精确引导、规定耕种和放置材料。US2017/0036228公开了一种智能喷嘴，该智能喷嘴有输入压力传感器、流量传感器、流量调节器、喷嘴压力传感器和输出孔调节器。来自流量传感器的输出用于控制流量调节器和输出孔调节器，以便控制输出喷雾速率。基于超声波的传感器和“飞行时间”原理用于测量流体流量。本专利技术的连续可变喷嘴系统解决了这些喷雾器的性能目标，并克服了现有技术喷嘴和控制系统的很多缺陷。在此之前还没有具有本专利技术的特征和元件的连续可变喷嘴系统。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种连续可变喷嘴系统(CVNS)，用于喷雾器，例如农用喷雾器。喷嘴系统设置成用于与喷雾液体供给源连接，并设置成用于连续可变地控制喷雾特征。喷嘴系统包括：喷嘴本体，该喷嘴本体有进口和出口以及在该进口和出口之间的管路；以及流量计，该流量计布置在管路中。流量计包括：腔室，该腔室有内部螺旋花键，该内部螺旋花键设置成与穿过该腔室的喷雾液体相互作用，并产生旋风状效果；球体，该球体布置在腔室内部，用于沿圆形通路自由运动；以及传感器，该传感器布置在腔室外部，并用于检测球体的运动并响应于所检测的运动而产生输出信号。本专利技术提供了一种具有流量计的“智能”喷嘴系统，已经发现该流量计在测量非常低的流速或快速变化的流速时非常准确。这是由于球体结构的低摩擦和低惯性。而且，本专利技术的流量计与用于单个喷嘴的已知流量计相比更加可靠和坚固。喷嘴系统可以与喷雾材料源连接，并用于自动控制流体压力、排出体积速率、液滴尺寸和排出喷雾图形。流量计优选地包括上部部分，其中，该上部部分包括腔室的外部壁，且螺旋花键设置在外部壁的内表面上。流量计还可以包括下部部分，该下部部分包括从基部凸出至腔室内的圆锥体，该圆锥体对齐在中心轴线上，圆形通路布置在圆锥体和外部壁之间。在一个优选实施例中，上部部分包括透明材料，且传感器是光电二极管，该光电二极管在球体处通过透明材料而“看见”。光源可以设置在腔室外部，以便照亮球体和提高光电二极管的检测可靠性。在一个实施例中，自动控制系统包括微处理器，该微处理器用于接收表示操作条件变量的输入信号，并提供用于控制可调节的喷雾器参数的输出信号。该控制系统包括反馈回路功能，用于实时交互地修改喷雾器参数，从而响应田地、天气、作物和其它条件。在优选实施例中，喷嘴系统还包括布置在管路中的流量控制阀以及用于控制该流量控制阀的促动器。优选是，流量控制阀可以逐个喷嘴地调节喷雾液体的流速。流量控制阀优选是针阀，但是其它类型的阀也可行。促动器可以由例如步进马达来提供。也可选择，可以采用音圈(或非整流的直流线性)促动器。在另一优选实施例中，喷嘴系统还可以包括电子控制器，该电子控制器与传感器和促动器通信，用于控制流量控制阀，其中，该控制器设置成由输出信号来计算流速，并根据流速来控制促动器。压力传感器可以安装在流量计下游的管路中，并设置成产生压力信号，其中，控制器与压力传感器连通，并设置成接收压力信号。在操作中的系统的一个实例中，根据测量的流速和喷嘴压力来控制喷雾液体供给源和流量控制阀的供给压力，以便保持所希望的流速和喷雾图形。喷嘴系统还可以包括：冲击阀，该冲击阀布置在流量控制阀下游的管路中；以及另一促动器，用于控制该冲击阀，其中，冲击阀用于改变喷雾输出的平均液滴尺寸。优选是，除了流量控制阀之外还提供冲击阀，从而可以高度地逐个喷嘴地控制输出喷雾特征，特别是关于液滴尺寸和流速。只是作为实例，喷嘴系统可以应用在喷雾器中，该喷雾器可以设置为自行式车辆、安装或牵引设备或者无人飞行器。本专利技术的CVNS适合在售后市场安装中改装，还适合原始设备制造(OEM)应用。模块化设计适应这样的各种应用。附图说明通过参考附图阅读下面对具体实施例的说明，将清楚本专利技术的其它优点。附图构成本说明书的一部分，并包括本专利技术的示例实施例，该示例实施例表示了本专利技术的各种目的和特征。图1是包括连续可变喷嘴系统(CVNS)的自动喷雾器的方框图，该连续可变喷嘴系统(CVNS)体现了本专利技术的一个方案。图2是CVNS的正视透视图。图3a是CVNS的正视、上部和右侧透视图，表示成分解构造。图3b是CVNS的另一正视、上部和右侧透视图，表示成分解构造。图4a是处于关闭状态的竖直剖视图。图4b是处于打开状态的另一竖直剖视图。图5是线性步进马达的透视图，它安装了针阀。图6是线性步进马达的另一透视图，特别表示了它的接线盒。图7是大致沿图4a中的圆7的、冲击阀或喷嘴子组件处于关闭位置的放大剖视图。图8是大致沿图4b中的圆8的、冲击阀或喷嘴子组件处于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续可变的喷嘴系统，其设置成用于与喷雾液体供给源连接，并设置成用于连续可变地控制喷雾特征，该喷嘴系统包括：/n喷嘴本体，该喷嘴本体有进口和出口；/n在进口和出口之间的管路；以及/n流量计，该流量计布置在所述管路中；/n其中，该流量计包括：/n腔室，该腔室有内部螺旋花键，该内部螺旋花键设置成与穿过该腔室的喷雾液体相互作用，并产生旋风状效果；/n球体，该球体布置在所述腔室内部，用于沿圆形通路自由运动；以及/n传感器，该传感器布置在所述腔室外部，并用于检测球体的运动和响应于所检测的运动而产生输出信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180420 US 62/660,8951.一种连续可变的喷嘴系统，其设置成用于与喷雾液体供给源连接，并设置成用于连续可变地控制喷雾特征，该喷嘴系统包括：
喷嘴本体，该喷嘴本体有进口和出口；
在进口和出口之间的管路；以及
流量计，该流量计布置在所述管路中；
其中，该流量计包括：
腔室，该腔室有内部螺旋花键，该内部螺旋花键设置成与穿过该腔室的喷雾液体相互作用，并产生旋风状效果；
球体，该球体布置在所述腔室内部，用于沿圆形通路自由运动；以及
传感器，该传感器布置在所述腔室外部，并用于检测球体的运动和响应于所检测的运动而产生输出信号。


2.根据权利要求1所述的喷嘴系统，其中：流量计包括上部部分，其中，该上部部分包括所述腔室的外部壁，且所述螺旋花键设置在所述外部壁的内表面上。


3.根据权利要求2所述的喷嘴系统，其中：流量计还包括下部部分，该下部部分包括从基部凸出至所述腔室内的锥体，该锥体对齐在中心轴线上，所述圆形通路布置在所述锥体和外部壁之间。


4.根据权利要求2或3所述的喷嘴系统，其中：上部部分包括透明材料。


5.根据权利要求4所述的喷嘴系统，其中：传感器是光电二极管。


6.根据权利要求5所述的喷嘴系统，还包括：光源，该光源安装在所述腔室的外部，并设置成用于照亮球体。


7.根据前述权利要求中的任何一项所述的喷嘴系统，还包括：印刷电路板，传感器安装在该印刷电路板上，其中，印刷电路板安装在喷嘴本体内部。


8.根据前述任意一项权利要求所述的喷嘴系统，其中：喷嘴本体包括外壳壁，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·T·布雷默，N·布茨，T·A·梅丁格尔，B·J·沃尔鲍姆，D·R·伍德，M·D·施密特，
申请(专利权)人：智能农业解决方案有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US